FACULTAD DE INGENIERIA

TECNOLOGIA DE ALTA TENSION

Nombre: Stalin Pinos Narváez.

Tema: Generador Electrostático de Van der Graaff

DESARROLLO

El generador fue inventado por Van de Graaff en 1931, con el propósito de producir una diferencia

de potencial muy alta (del orden de 20 millones de volts) para acelerar partículas cargadas que se

hacían chocar contra blancos fijos. Los resultados de las colisiones nos informan de las

características de los núcleos del material que constituye el blanco.

El generador de Van de Graaff es un generador de corriente continua, mientas que la batería es un

generador de voltaje constante, lo que cambia es la intensidad dependiendo que los aparatos que se

conectan.

Se basa en los fenómenos de electrización por contacto y en la inducción de carga. Este efecto es

creado por un campo intenso y se asocia a la alta densidad de carga en las puntas.

El generador de Van de Graaff es muy simple, consta de:

1.- Una esfera metálica hueca en la parte

superior.

2.- Una columna aislante de apoyo que no se

ve en el diseño de la izquierda, pero que es

necesaria para soportar el montaje.

3.- Dos rodillos de diferentes materiales: el

superior, que gira libre arrastrado por la correa

y el inferior movido por un motor conectado a

su eje.

4.- Dos “peines” metálicos (superior e inferior)

para ionizar el aire. El inferior está conectado

a tierra y el superior al interior de la esfera.

5.- Una correa transportadora de material

aislante (el ser de color claro indica que no

lleva componentes de carbono que la harían

conductora).

6.- Un motor eléctrico montado sobre una base

aislante cuyo eje también es el eje del cilindro

inferior. En lugar del motor se puede poner un

engranaje con manivela para mover todo a

mano.

Fig1. Constitución de un GVG.

Funcionamiento:

Este generador no va a necesitar de un aporte de cargas desde el exterior para el inicio de su

funcionamiento. El motor va a hacer girar el rodillo de la parte inferior que al entrar en contacto

con la correa aislante va a producir una separación de cargas, es lo que se conoce como efecto

triboeléctrico.

Tanto el rodillo como la correa van a adquirir las mismas cargas pero de signo opuesto, esto va a

depender de los materiales empleados en los mismos.

El rodillo induce cargas de distinto signo en la malla metálica inferior, el intenso campo eléctrico

que se forma entre estos dos elementos ioniza el aire que los rodea. Las cargas de la malla de

aluminio no abandonan el metal, pero se forma un plasma conductor debido al fuerte campo

eléctrico creado, que hace que finalmente estas cargas se repelan (efecto Corona) .

Fig. 2 Esquema de la adquisición de carga en la parte inferior del sistema. 1

Rodillo inferior, 2 Correa aislante, 3 Malla metálica

Es entonces cuando se va a formar un puente conductor para el movimiento de cargas. El rodillo va

a atraer las cargas negativas, pero la correa va a atrapar muchas de ellas al pasar por la misma.

En el rodillo la densidad de carga va a ser mayor que en la correa ya que por esta última se van a

extender por una mayor superficie, además, la carga del rodillo va a ser muy intensa ya que dicha

carga va a acumularse en dicha zona.

De esta forma la cinta aislante va a ir transportando un flujo continuo de carga negativa hacia el

rodillo superior. Como el rodillo superior es de un material neutro no se va a transportar cargas en

el descenso de la correa.

La carga al llegar al rodillo superior pasará a través de la malla conductora de aluminio que se

encuentra en el interior de la esfera, se va a creando un campo lo bastante intenso para ionizar el

aire entre la malla y la cinta. A partir de ahí también se va a ir cargando el aire del interior de la

esfera (efecto Faraday).

Existe un campo en la superficie de la esfera en el que el aire se ioniza y se vuelve conductor y a

partir del cual el generador no puede incrementar más la carga, es cuando en la esfera se producen

grandes cantidades de voltaje, el cual depende de radio de la esfera.

Principios en que se basa el GVG

Electrización por frotamiento (triboelectricidad).

Faraday explicó la transmisión de carga a una esfera hueca. Cuando se transfiere carga a

una esfera tocando en su interior, toda la carga pasa a la esfera porque las cargas de igual

signo sobre la esfera se repelen y pasan a la superficie externa. No ocurre lo mismo si

tratamos de pasarle carga a una esfera (hueca o maciza) tocando en su cara exterior con un

objeto cargado. De esta manera no pasa toda la carga.

Inducción de carga. Efecto de las puntas: ionización.